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Robert Hooke nel 1665 pubblicò "Micrographia", in cui descrisse in dettaglio le sue osservazioni fatte con un microscopio composto da lui perfezionato. Egli è famoso per aver osservato fette sottili di sughero e aver coniato il termine cellula per descrivere le piccole strutture a forma di stanza che vedeva.
Antoni van Leeuwenhoek nel 1674 utilizzando microscopi semplici ma estremamente potenti, fu il primo a osservare e descrivere con precisione:
Batteri, Protozoi, Spermatozoi e Globuli rossi. -
La teoria fu proposta congiuntamente dal botanico tedesco Matthias Jakob Schleiden e dallo zoologo tedesco Theodor Schwann nel 1838-1839. Nel 1838 Schleiden affermò che tutte le piante sono composte da cellule. Nel 1839 Schwann estese questa idea agli animali, affermando che tutti gli organismi viventi sono costituiti da cellule e che la cellula è l'unita strutturale e funzionale di tutti gli esseri viventi.
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Nel 1858 Rudolf Virchow affermò che tutte le cellule derivano da cellule preesistenti, riassunto nella celebre frase latina: "Omnis cellula e cellula" (ogni cellula proviene da una cellula). Questa affermazione confutò la teoria della generazione spontanea e completò la teoria cellulare, rendendola il principio unificante della biologia.
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Ernst Ruska e Max Knoll (università di Berlino), furono i primi a inventare il primo prototipo di microscopio TEM. Nel 1932 fu pubblicata la descrizione dettagliata degli esperimenti, e nel 1939 la Siemens produsse il primo modello commerciale di TEM. Ernst Ruska per il suo lavoro della progettazione e nell'ottica elettronica, ricevette il Premio Nobel per la Fisica nel 1986.
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Max Knoll, co-inventore del microscopio TEM, fu il primo a descrivere i principi di funzionamento di un microscopio elettronico a scansione in un suo lavoro pubblicato nel 1935. Il primo strumento in grado di produrre immagini scansionando un fascio di elettroni sulla superficie di un campione, fu costruito da Manfred von Ardenne in Germania nel 1937. Il primo strumento commerciale di SEM fu immesso sul mercato nel 1965 dalla Cambridge Instrument Company.